Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 14 СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

14.4. Выводы из опыта Майкельсона

Отрицательный результат опыта Майкельсона поставил физиков в очень затруднительное положение. Этот результат противоречил теории неподвижного эфира.

В. Ритц попытался объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона. Он выдвинул так называемую баллистическую гипотезу, согласно которой к скорости светового луча, выпущенного подвижным источником, добавляется скорость самого источника, так же, как и к скорости снаряда, выпущенного крейсером, добавляется скорость самого крейсера. Эта гипотеза действительно объясняла добытый нулевой результат. Однако гипотеза Ритца была отброшена как такая, что противоречит волновой теории света, потому что скорость распространения любой волны не зависит от скорости ее источника. Волны, как и в любом непрерывном процессе, все определяется бесконечно близкими точками, а не источником. В 1913 г. астроному где Сіттеру удалось прямыми наблюдениями за двойными звездами доказать ошибочность гипотезы Ритца.

Представим себе (рис. 14.4), что звезда В вращается вокруг звезды А за ходом стрелки часов. В положении 1 скорость направленного на Землю света должно быть меньше на скорость звезды, а в положении 2 скорость звезды добавляться к скорости света. И хотя звезды движутся по сравнению со светом чрезвычайно медленно, все же этой разницы скоростей достаточно, чтобы в течение своего долгого путешествия «быстрое» свет догнало и перегнало «медленное» раньше, чем они попадут на Землю в объектив телескопа. Нетрудно себе представить, что тогда должен видеть в телескоп астроном. Если оба луча дойдут до него одновременно, он вместо двойной звезды увидит тройную, поскольку помимо центрального светила свой сигнал пошлет ему и спутник, причем сразу из двух разных мест.

Рис. 14.4

То есть «быстрое» свет догнало бы «медленное» до достижения Земли, и наблюдатель увидел бы звезду-спутника в положении 2 раньше, чем в положении 1. Однако никаких звездных «призраков» на небе никто никогда не видел, хотя по точным расчетам, если исходить из баллистической гипотезы Ритца, они обязательно должны были бы наблюдаться. Итак, надо признать, что гипотеза «крейсера и снаряда» для света противоречит опыта и является неприемлемой.

Первый шаг на пути к правильному разрешение противоречий в связи с отрицательным результатом опыта Майкельсона сделал X. Лоренц, который разработал теорию оптических явлений в движущихся тел. Он предположил, что движущиеся тела сжимаются в направлении движения, причем именно так, что опыт Майкельсона должен дать отрицательный результат. Из сравнения формул (14.2) и (14.4) получается, что плечо КL₂ нужно сократить в раз, тогда t₁ будет равна t₂, а разность их t₁ - t₂ = 0, что и соответствует результату опыта Майкельсона. Независимо от X. Лоренца такую же гипотезу высказал Дж. Фитцджеральд, поэтому этот эффект называют лоренц-фітцджеральдовим сокращением.

Если линейные размеры тела в состоянии спокойствия l₀, а размеры движущегося тела l, то, по Лоренцом - Фітцджеральдом,

где β = υ/с. Такая гипотеза «спасала» эфир и объясняла нулевой результат эксперимента Майкельсона. Однако поскольку лоренц-фітцджеральдовому сокращению должны подлежать в равной степени все тела в подвижной системе, то это сокращение невозможно обнаружить обычными измерениями длины. Обычное измерение длины заключается в сравнению твердого стержня единичной длины с измеряемой расстоянием. Поскольку во время движения и единица длины, и измеряемое расстояние сократятся в одинаковую количество раз, отношения между ними сохранится.

Окончательный ответ на вопрос о сокращение тел в направлении движения при больших скоростях дал А. Эйнштейн, создав специальную теорию относительности. Отрицательный результат опыта Майкельсона стал основой для создания этой теории. А. Эйнштейн говорил А. Майкельсону так: «Вы открыли физикам новые пути и своими замечательными экспериментами проложили дорогу для теории относительности. Вы обнаружили ошибки эфирной теории света и стимулировали идеи Лоренца и Фитцджеральда, из которых развилась специальная теория относительности. Без вашей работы эта теория была бы и сейчас только интересным допущением; она достала первое реальное подтверждение в ваших опытах*.

___________________________________________________________________

*Джефф Б. Майкельсон и скорость света. - М.: Изд-во иностр. лит., 1963. - С. 144-145.